数据库系统概论（三）数据库恢复技术--事务、恢复、故障、检查点

事务

事务（transaction）是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做要么全不做，是一个不可分割的工作单位

事务和程序是两个概念，一个事务可以是一条/一组SQL语句，也可以是整个程序

事务是恢复和并发控制的基本单位、

BEGIN TRANSACTION

SQL 语句1

SQL 语句2

COMMIT/ROLLBACK

事务的ACID特性

原子性（Atomicity）：事务中的操作要么全做要么全不做（由DBMS的事务管理子系统来实现）

一致性（Consistence）：事务执行的结果必然是从一个一致性状态到另一个一致性状态（由DBMS的完整性子系统执行测试任务）

一致性状态：数据库中只包含事务成功提交的结果

不一致性状态：数据库中包含尚未提交被迫中断的事务，未完成的事务对数据的修改一部分写入数据库，导致数据库不正确

隔离性（Isolation）：一个事务的执行不能被其他事务干扰，事务的内部操作和使用的数据对其他事务是隔离的（由DBMS的并发控制子系统实现）

持续性（Durability）/永久性（Permanence）：一个事务一旦提交，对数据的修改就是永久性的（由DBMS的恢复管理子系统实现的）

数据库恢复

故障的种类

①事务内部的故障：事务在运行至正常终点前被终止

有的是可以由事务程序发现的，有些是非预期的事务终止

事务可以通过rollback修复预期之中故障

更多的故障是非预期的，如运算溢出、死锁

②系统故障（软故障）：CPU错误、系统断电等造成的系统运转停止

系统故障不破坏数据库，只会造成事务的非正常终止，内存中数据库缓冲区丢失

系统故障的恢复需要：

撤销（undo）所有未完成的事务（事务非正常终止）

重做（redo）所有已提交的事务（有些已完成的事务可能有部分留在缓冲区尚未写入数据库）

③介质故障（硬故障）：磁盘损坏、强磁场干扰造成的介质故障

④计算机病毒

恢复技术

恢复技术包括两个部分：建立冗余数据+ 利用冗余数据进行恢复

建立冗余数据

1.数据转储：转储是将数据库定期复制到磁盘或其他存储介质上，备用数据称为后备副本（backup）

①静态转储：转储时不能有事务运行，数据库必须处于一致性状态即事务已经全部提交，没有正在运行的事务

②动态转储：转储与事务同时进行，不能保证副本中数据库的一致性

需要把动态存储期间各事务的修改活动记录为日志，后备文件+日志即可恢复

③海量存储：每次转储数据库全部信息

④增量存储：每次转储上次转储后的更新数据

2.日志文件：以记录/数据块为单位的日志文件，用于事务/系统故障的恢复

动态转储一定要有日志，静态转储也可以有日志

以记录为单位

T1 BEGIN TRANSACNTION

　　T1 U(update) AA 18(→)20

　　T1 I(insert) BB 12

TI COMMIT/ROLLBACK

必须先写日志文件，后写数据库 因为有可能在写日志和修改数据之间出现故障，先写数据库修改可能导致日志没有记下这次修改，而先写日志只不过是多执行一次不必要的undo操作

3.恢复策略

①事务故障恢复：事务在运行至正常终点前被终止

（1）反向扫描日志，查找事务更新操作

（2）对更新操作进行逆操作，插入→删除，删除→插入，修改前的值→修改后

（3）循环至事务开始

②系统故障的恢复：系统终止造成数据库不一致状态

（1）正向扫描日志，有BEGIN TRANSANCTION和COMMIT的加入REDO队列

　　只有BEGIN TRANSANCTION没有COMMIT的加入UNDO队列

（2）对UNDO队列做UNDO（写入修改前的值），REDO队列做REDO（写入修改后的值）

③介质故障的恢复：（1）装入最新的数据库后备副本，对于静态副本，装入即一致性状态，对于动态副本做同上的REDO+UNDO

（2）装入转储后的日志副本，REDO

小结：

　　事务故障恢复：UNDO

　　系统故障恢复：REDO+UNDO

　　介质故障恢复：装入后备副本+REDO

4.检查点技术+镜像技术